專利名稱:一種非線性功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型屬于功率放大器技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種非線性功率放大器。
背景技術(shù):
磁懸浮技術(shù)在今天受到了科技界與工業(yè)界越來越多的關(guān)注。由于磁懸浮能夠使轉(zhuǎn)軸不接觸任何外界的元件旋轉(zhuǎn),因此具有機(jī)械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優(yōu)點(diǎn),特別適用高速、真空、超凈等特殊環(huán)境.可廣泛用于機(jī)械加工、渦輪機(jī)械、航空航天、真空技術(shù)、轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性辨識與測試等領(lǐng)域,被公認(rèn)為極有前途的新型軸承。磁懸浮軸承按懸浮方式可分為主動式和被動式。在磁懸浮領(lǐng)域中,應(yīng)用最廣泛的就是主動式磁懸浮。與主動磁懸浮軸承相比,被動磁懸浮系統(tǒng)雖具有系統(tǒng)設(shè)計簡單,并在無控制環(huán)節(jié)的情況下即可穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn),但是它不能產(chǎn)生阻尼,亦即缺少像機(jī)械阻尼或像主動軸承那樣的附加手段,因此這個系統(tǒng)的穩(wěn)定域是很小的,外界干擾的小變化也會使它趨于不穩(wěn)定。所謂主動式磁懸浮系統(tǒng)就是通過不斷的調(diào)節(jié)定子電磁鐵對轉(zhuǎn)子的電磁吸力使轉(zhuǎn)子維持一個動態(tài)的平衡。一個簡單的主動型磁懸浮軸承的組成部分及其功能如
圖1所示。其中包含渦流傳感器,用于測出轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的位置;控制器,通過微處理器將渦流傳感器檢測的位移變換成控制信號;數(shù)字化非線性功率放大器,通過功率放大器將控制信號轉(zhuǎn)換成控制電流,控制電流使執(zhí)行磁鐵產(chǎn)生磁力從而使轉(zhuǎn)子維持其懸浮位置不變。一個實(shí)際的轉(zhuǎn)子需要多個磁 鐵組成,檢測傳感器也應(yīng)該是多個。以磁懸浮電主軸為例,系統(tǒng)有4個徑向自由度及I個軸向自由度。由控制器通過功率放大器去驅(qū)動差動電磁鐵線圈(圖1中電磁線圈)的電流,來調(diào)整轉(zhuǎn)子軸的平衡位置。高速運(yùn)轉(zhuǎn)時一旦轉(zhuǎn)子位置改變,控制器就會通過調(diào)整相應(yīng)電磁鐵中的電流使轉(zhuǎn)子軸保持在中間位置(如圖1)。主動磁懸浮軸承是一個典型的機(jī)電一體化控制系統(tǒng),其本質(zhì)是強(qiáng)烈非線性(磁浮力正比于電流的平方、反比于偏移量的平方,電感、磁滯因素等)的,因此其控制問題變得復(fù)雜而又富有代表性。磁懸浮軸承正成為非線性控制領(lǐng)域中一個非常典型的對象。控制方式對磁懸浮軸承來說,如同軟件技術(shù)在計算機(jī)中的地位一樣,吸引了大量的注意力和耗費(fèi)大部分研究工作量。由于磁懸浮控制系統(tǒng)是典型的非線性本質(zhì)不穩(wěn)定和參數(shù)不確定系統(tǒng),這些對于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和剛度都是不利的。由圖1所示,以磁懸浮電主軸為例,系統(tǒng)有4個徑向自由度及I個軸向自由度。由控制器通過功率放大器去驅(qū)動差動電磁鐵線圈(圖1中電磁線圈)的電流,來調(diào)整轉(zhuǎn)子軸的平衡位置。高速運(yùn)轉(zhuǎn)時一旦轉(zhuǎn)子位置改變,控制器就會通過調(diào)整相應(yīng)電磁鐵中的電流使轉(zhuǎn)子軸保持在中間位置(如圖1)。差動電磁鐵產(chǎn)生的電磁力如式
(I)=F^-F2-( Η)2]
^C0+ XC0-X⑴在以往的主動磁懸系統(tǒng)中,往往不考慮鐵芯材料的非線性影響,把鐵芯的導(dǎo)磁率μ當(dāng)作固定的,其單個自由度上吸力同式(1),式中:χ為偏離中心軸的距離,Itl為直流偏置,ix(l為固定作用力下(如:重力)的電流增量,ix為受擾動時的電流增量。當(dāng)平衡位置接近中點(diǎn)時,X接近O,則式(I)可近似為:
權(quán)利要求1.一種非線性功率放大器,其特征在于,該非線性功率放大器為智能型閉環(huán)控制,包括: 用于將輸入的信號進(jìn)行數(shù)字化處理的數(shù)字化模塊; 與數(shù)字化模塊、輸出信號轉(zhuǎn)換器模塊、非線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫模塊相連接,用于將通過數(shù)字化模塊的輸入信號 和通過非線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫模塊的反饋信號進(jìn)行非線性數(shù)字化補(bǔ)償處理的非線性數(shù)字化補(bǔ)償模塊; 與非線性數(shù)字化補(bǔ)償模塊、輸出電路相連接,用于將通過非線性數(shù)字化補(bǔ)償模塊的輸入信號和由上下線圈反饋的信號轉(zhuǎn)換成適合系統(tǒng)控制的信號的輸出信號轉(zhuǎn)換器模塊; 與輸出信號轉(zhuǎn)換器、上下電磁線圈相連接,用于輸出經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換器處理后的信號的輸出電路模塊,; 與位置傳感器、輸入接口模塊相連接,用于將位置傳感器檢測的到的位置信號進(jìn)行處理并傳遞到輸入接口模塊的位置信號模塊; 與位置信號模塊、補(bǔ)償參數(shù)確定模塊相連接,用于將位置信號模塊的信號傳輸?shù)窖a(bǔ)償參數(shù)確定模塊中的輸入接口; 與輸入接口模塊、材料參數(shù)輸入模塊、非線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫模塊相連接,用于根據(jù)材料參數(shù)輸入模塊提供的參考資料,綜合處理由上下線圈傳遞的信號以及由輸入接口模塊傳遞的位置反饋信號的補(bǔ)償參數(shù)確定模塊; 與補(bǔ)償參數(shù)確定模塊相連接,用于為補(bǔ)償參數(shù)確定模塊提供并輸入材料參數(shù)的材料參數(shù)輸入模塊; 與非線性數(shù)字化補(bǔ)償模塊、補(bǔ)償參數(shù)確定模塊相連接,用于將補(bǔ)償參數(shù)確定模塊所傳遞的反饋信號處理后輸入到非線性數(shù)字化補(bǔ)償模塊的非線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的非線性功率放大器,其特征在于,所述控制信號通過數(shù)字化模塊、非線性數(shù)字化補(bǔ)償模塊、輸出信號轉(zhuǎn)換器模塊最后進(jìn)入輸出電路中,對上下線圈產(chǎn)生的電流值進(jìn)行調(diào)控。
3.如權(quán)利要求1所述的非線性功率放大器,其特征在于,所述位置傳感器將采集到的信號經(jīng)由位置信號模塊、輸入接口模塊、補(bǔ)償參數(shù)確定模塊、非線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫模塊反饋到非線性數(shù)字化補(bǔ)償模塊進(jìn)行集中處理。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種非線性功率放大器,為智能型閉環(huán)控制,控制信號通過數(shù)字化模塊、非線性數(shù)字化補(bǔ)償軟件等進(jìn)入輸出電路中,對主動磁懸浮的差動電磁鐵中上下兩個線圈產(chǎn)生的電流值進(jìn)行調(diào)控;上下線圈的電流反饋值分兩路,其中一路將被實(shí)時地檢測后反饋到輸出信號轉(zhuǎn)換器,用于輸出驅(qū)動的快速保護(hù);位置傳感器將采集到的信號反饋到非線性數(shù)字化補(bǔ)償模塊進(jìn)行集中處理與另一路電流反饋值以及材料參數(shù)將一同輸入到補(bǔ)償參數(shù)確定模塊,最后由微處理器查表得出補(bǔ)償參數(shù)后進(jìn)行補(bǔ)償。本實(shí)用新型為主動磁懸浮的實(shí)際應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù),可將系統(tǒng)控制器成為一個標(biāo)準(zhǔn)化的部件,為實(shí)現(xiàn)主動磁懸浮系統(tǒng)的免調(diào)試、大批量在工業(yè)中推廣應(yīng)用起到關(guān)鍵作用。
文檔編號H03F3/20GK203135798SQ201220614700
公開日2013年8月14日 申請日期2012年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月10日
發(fā)明者張燕紅, 趙德安, 張建生, 鄭仲橋 申請人:江蘇大學(xué)